DE4115408A1 - Verfahren und einrichtung zum trocknen von schlamm oder feuchtem schuettgut - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Trocknen von Schlamm, insbesondere Klärschlamm, oder feuchtem Schüttgut nach den Ober­ begriffen der Ansprüche 1 und 10.

Aus einer mechanischen Vorentwässerung stammender Klärschlamm wird üb­ licherweise konvektiv in einem Kontakt-, Scheiben-, Umluft-, Wirbelschicht­ trockner od. dgl. getrocknet, wobei die dabei entstehenden Brüden an die Umge­ bung abgegeben werden, was neben dem damit verbundenen großen Energieverlust zu Umweltbelastungen und Geruchsbelästigungen führt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Einrichtung nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 bzw. 10 zu schaffen, die energetisch günsti­ ger sind und allenfalls zu geringfügigen Emissionen führen.

Diese Aufgabe wird entsprechend den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 1 und 10 gelöst.

Auf diese Weise wird umweltfreundliche elektrische Energie eingesetzt, um eine induktive oder vorzugsweise dielektrische Erwärmung des zu trocknenden Guts im elektromagnetischen Wechselfeld vorzunehmen. Hierbei kann eine Mikro­ wellen- oder insbesondere eine Trocknung im Hochfrequenzfeld vorgenommen wer­ den. Die verdampfte Gutfeuchte wird zum konvektiven oder kontaktiven Aufhei­ zen, entweder zur Vor- oder zur Nachtrocknung, wenn zwei oder mehr Trocknungs­ schritte hintereinander geschaltet sind, oder zur Trocknung in einem parallel geschalteten Kontakt- oder Konvektionstrockner verwendet, so daß sich eine energetisch sehr günstige Verfahrensführung ergibt.

Die Temperatur des zu trocknenden Guts wird zumindest während des kon­ vektiven Aufheizens unter 150°C gehalten, damit bei diesem Aufheizen im we­ sentlichen nur Wasserdampf entsteht und im wesentlichen keine Entgasung des zu erwärmenden Guts stattfindet, so daß schließlich möglichst geringe Mengen an umweltbelastenden Abgasen abgegeben werden. Vorzugsweise wird das zu trock­ nende Gut während des gesamten Trocknungsvorgangs unter 150°C gehalten, jedoch kann auch beim Erwärmen im elektromagnetischen Wechselfeld über 150°C erwärmt, die verdampfte Gutfeuchte bei oder nach der Weiterverwendung kondensiert und das Kondensat dem Abwasser zugeführt werden, so daß auch dann im wesentlichen keine umweltverschmutzenden Emissionen an die Umgebungsluft stattfinden.

Zwischen der Erwärmungsstufe im elektromagnetischen Wechselfeld und der mit den Brüden hiervon betriebenen weiteren Erwärmungsstufe wird zweckmäßi­ gerweise mit einem Schlammtemperaturunterschied von größer oder gleich 25°C gearbeitet, d. h. daß das zu trocknende Gut im elektromagnetischen Wechselfeld eine um mindestens 25°C höhere Temperatur als in der brüdenerhitzten Trock­ nungsstufe hat.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 bis 4 zeigen schematisch Einrichtungen zum Trocknen von Klär­ schlamm.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform wird aus einer mechani­ schen Vorentwässerung stammender Klärschlamm über eine Leitung 1 etwa mittels einer Schlammpumpe 2 einem Umluftvortrockner 3 zugeführt und gelangt von dort ebenfalls beispielsweise über eine Schlammpumpe 4 und eine Leitung 5 ohne Schleppluft in ein geschlossenes Gefäß 6 und dort auf ein Förderband 7, das zwischen zwei Kondensatorplatten 8 angeordnet ist, die an einen mit elektri­ scher Primärenergie betriebenen Hochfrequenzgenerator 9 angeschlossen sind.

In dem Gefäß 6 wird der im Umluftvortrockner 3 vorerwärmte Klärschlamm auf eine Temperatur vorzugsweise etwas unter 100°C unter atmosphärischen Be­ dingungen erhitzt. Die dabei entstehenden Brüden werden einem Turbobrüden­ verdichter 10 zugeführt, der die Brüden verdichtet und an einen Einspritzkühler 11, dem Kühlwasser zum Herabsetzen der Überhitzungstemperatur der ver­ dichteten Brüden und gleichzeitig zum weiteren Erzeugen von Dampf über eine Leitung 12 zugeführt wird, abgibt. Vom Einspritzkühler 11 gelangt der Dampf zu einem Wärmetauscher 13 zum Erwärmen von über einen Umluftventilator 14 dem Wärmetauscher 13 zugeführter Umluft.

Außerdem wird die vom Hochfrequenzgenerator 9 erzeugte Wärme über einen Kühlkreislauf (vorlaufseitig auf etwa 60 bis 70°C erwärmtes Wasser) einem Wärmetauscher 15 zur Umluftvorwärmung zugeführt, um auch diese Abwärme zur Umlufterwärmung zu nutzen.

Die vom Wärmetauscher 13 erwärmte Umluft wird dem Umluftvortrockner 3 zugeführt, während das im Wärmetauscher 13 erzeugte Brüdenkondensat über einen Sammler 16 dem Abwasser zugeführt wird.

Abgekühlte Umluft aus dem Umluftvortrockner 3 wird wenigstens teilweise einem Vormischer 17 zugeführt, dem außerdem über eine Leitung 18 vorgewärmte Kaltluft zugeführt werden kann. Weiterhin ist ein Abluftventilator 19 zum teilweisen Abführen von Umluft an die Umgebung vorgesehen. Da die Temperatur der zur Vortrocknung verwendeten Umluft entsprechend niedrig, d. h. im Bereich von beispielsweise ca. 110°C, gehalten wird, werden hierdurch nur im wesent­ lichen Wasserdampf enthaltende Brüden erzeugt, die an die Umgebung ohne wei­ teres abgegeben werden können.

Da die Brüden aus dem Gefäß 6 nicht an die Umgebung abgegeben werden, sondern beim Verlassen des Wärmetauschers 13 - und gegebenenfalls nach weite­ rer Abkühlung - als Kondensat anfallen, kann die Erwärmung im Gefäß 6 auch über 150°C hinaus erfolgen.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist das Gefäß 6 als Druckgefäß ausgebildet, in das der vom Umluftvortrockner 3 kommende vorge­ wärmte Klärschlamm eingepumpt und mittels in den Klärschlamm eintauchender, gegenüber dem Klärschlamm elektrisch isolierter Elektroden 8 dielektrisch in einem Hochfrequenzfeld erwärmt wird. Die dabei entstehenden Brüden haben einen Druck von beispielsweise 2 bis 3 bar, so daß sie im wesentlichen aus reinem Wasserdampf bestehen (da die Brüden später kondensiert werden, können auch höhere Drücke und damit höhere Temperaturen als 150°C verwendet werden). Die Brüden werden hier über einen Wasserabscheider 20 dem Wärmetauscher 13 zuge­ führt.

Der getrocknete Klärschlamm wird dem Gefäß 6 über eine Leitung 21 mit einem Ventil 22, das austragsseitig als Druckabschluß dient (eintragsseitig ist dies die Schlammpumpe 4), einem Flash-Tank 23 zugeführt. Infolge der Ent­ spannung beim Eintritt in den Flash-Tank 23 findet eine Entspannungstrocknung statt, wodurch der Wassergehalt des Klärschlamms nochmals wesentlich herabge­ setzt wird. Das Flashing im Flash-Tank 23 bewirkt außerdem vorteilhafterweise eine Pulver- oder Granulatbildung oder zumindest eine Desintegration des Trocknungsgutes. Der Austrag aus dem Flash-Tank 23 erfolgt beispielsweise über eine Förderschnecke.

Hierbei entstehender Wasserdampf kann gegebenenfalls noch zum Vorwärmen des Klärschlamms vor seinem Eintritt in dem Umluftvortrockner 3 verwendet werden.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform wird der in dem Druck­ gefäß 6 erzeugte Dampf direkt, d. h. ohne gasförmigen Zwischenkreis, in einem Schlammvortrockner 24 (einem Kontakt- oder Konvektionsvortrockner) zum Vor­ wärmen des Klärschlamms gegeben. Das durch die Abkühlung des Dampfes erzeugte Kondensat wird dem Abwasser zugeführt. Im Schlammvortrockner 24 durch die Vorwärmung entstehenden Brüden werden in einem Brüdenkondensator 25 mittels Kühlwasser gekühlt und gemeinsam mit diesem das Kondensat dem Abwasser zuge­ leitet, so daß sich allenfalls eine geringfügige Gasemission ergibt. Der Hochfrequenzgenerator 9 wird durch im Kreislauf geführtes Kühlmittel gekühlt, das seinerseits in einem Wärmetauscher 26 durch frisches Kühlwasser gekühlt wird.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform wird der Klärschlamm über die Pumpe 2 in einen Vorwärmer 27 gefördert, der beispielsweise ein Dop­ pelmantelrohr o. dgl. eventuelle mit einer Förderschnecke für den Klärschlamm ist, und insbesondere vertikal angeordnet ist, so daß der Klärschlamm nach oben durch den Vorwärmer 27 in das Druckgefäß 6 gefordert wird, um dort mit­ tels elektrischer Primärenergie weiter bis etwa unter 150°C erwärmt zu werden. Vom Druckgefäß 6 gelangt der Klärschlamm in den Flash-Tank 23, wobei der hier frei werdende Dampf dem Vorwärmer 27 zur Klärschlammvorwärmung zugeführt wird. Der im Druckgefäß 6 gebildete Dampf wird einem Konvektiven oder kontaktiven Nachtrockner 28, beispielsweise einem Scheiben- oder Kontakttrockner, dem der soweit vorgetrocknete Klärschlamm aus dem Flash-Tank 23 zugeführt wird, zuge­ führt und die in diesem erzeugten Brüden zusammen mit denjenigen aus dem Flash-Tank 23 dem Vorwärmer 28 zugeführt.

Die Einspeisung der Hochfrequenzspannung kann vorzugsweise symmetrisch zum Erdpotential oder unsymmetrisch hierzu erfolgen.

Im Druckgefäß 6 sind die in den Klärschlamm eintauchenden Elektroden 8 beispielsweise in einem Mantel aus elektrisch isolierendem Keramikmaterial wie Al₂O₃ angeordnet vollständig gekapselt und werden beispielsweise durch Kera­ mikkörper gestützt.

Eine Elektrode 8 kann durch die Wandung des Gefäßes 6 gebildet werden, in dem sich eine mittig angeordnete stabförmige Elektrode 8 zur Ausbildung eines Ringkondensators befindet. Die Ringelektrode 8 kann aber auch mit Ab­ stand zur Wandung des Gefäßes 6 angeordnet sein, wobei der Klärschlamm von unten in den Bereich der Ringelektrode 8 eingepumpt wird und an deren Ober­ kante in den Ringraum zwischen der Wandung des Gefäßes und der Außenseite der Ringelektrode 8 überläuft, um von dort kontinuierlich abgeführt zu werden. Ansonsten kann der Klärschlamm über einen Füllstandsregler chargenweise aus­ getragen werden.

Das Gefäß 6 läßt sich im übrigen platzsparend und unter Zwischenschal­ tung des Flash-Tanks 23 über dem Vortrockner 3 bzw. Vorwärmer 27 oder dem Nach­ trockner 28 anordnen.

Wenn man bei den Ausführungsformen der Fig. 3 und 4 im Gefäß 6 anstatt mit Überdruck unter atmosphärischem Druck arbeiten will, ist in der Brüdenzu­ leitung vom Gefäß 6 zum Vortrockner 24 bzw. Nachtrockner 28 einen Brüdenver­ dichter 10 anzuordnen.

Claims (17)

1. Verfahren zum Trocknen von Schlamm, insbesondere Klärschlamm, oder feuchtem Schüttgut, wobei das zu trocknende Gut durch Energiezufuhr erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Erwärmung in einem geschlos­ senen Gefäß mittels eines elektromagnetischen Wechselfeldes vorgenommen und die durch die Erwärmung verdampfte Gutfeuchte als Wärmeübertragungsmedium zum Aufheizen des zu trocknenden Guts in einem von der Erwärmung im elektromagne­ tischen Wechselfeld getrennten Schritt verwendet wird, wobei die Temperatur des zu trocknenden Guts zumindest beim Aufheizen unter 150°C gehalten wird, wobei das Aufheizen vorzugsweise konvektiv oder kontaktiv vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zu trock­ nende Gut im elektromagnetischen Wechselfeld um mindestens etwa 25°C höher erhitzt wird als in einer vorangehenden oder nachfolgenden, mit der verdampf­ ten Gutfeuchte arbeitenden Aufheizstufe.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung in dem Gefäß drucklos ohne Schleppluft vorgenommen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung in dem Gefäß unter Druck, vorzugsweise von 2 bis 3 bar, vorgenommen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß der bei der Entspannung des zu trocknenden Gut nach Austrag aus dem Gefäß entstehende Dampf zur Erwärmung des zu trocknenden Guts weiterverwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung in dem Gefäß dielektrisch mittels eines Hochfrequenzfeldes vorgenommen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Erzeugung des Hochfrequenzfeldes erzeugte Wärme zum Vorwärmen von Umluft, die für das Aufheizen für das zu trocknende Gut verwendet wird, eingesetzt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die verdampfte Gutfeuchte in Wärmeaustausch mit dem aus dem geschlossenen Gefäß ausgetragenen, erwärmten Gut gebracht wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die verdampfte Gutfeuchte zum Erwärmen von Luft verwendet wird, die ih­ rerseits das zu trocknende Gut konvektiv erwärmt.

10. Einrichtung zum Trocknen von Schlamm, insbesondere Klärschlamm, oder feuchtem Schüttgut mit einem Trockner (3, 28), gekennzeichnet durch ein geschlossenes Gefäß (6) zur Aufnahme des zu trocknenden Guts mit einer Einrichtung (8, 9) zum Erwärmen des zu trocknenden Guts mittels eines elek­ tromagnetischen Wechselfeldes, wobei der Trockner (3, 28) mit oder ohne gas­ förmigen Zwischenkreis (10, 11, 12, 13) durch die im Gefäß (6) entstehenden Brüden als Wärmeübertragungsmedium derart betreibbar ist, daß das zu trocknende Gut in diesem eine Temperatur von 150°C nicht überschreitet.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein­ richtung (8, 9) zum Erwärmen im elektromagnetischen Wechselfeld zwei Konden­ satorplatten (8) umfaßt, die nach außen isoliert und mit einem Hochfrequenzge­ nerator (9) verbunden sind.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Elek­ troden (8) einen vertikalen Koaxialkondensator bilden.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu­ führleitung für das Gefäß (6) bodenseitig innerhalb des Bereichs des verti­ kalen Koaxialkondensators mündet.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gefäß (6) ein Druckgefäß ist, dem ein Flash-Tank (23) nach­ geschaltet ist.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hochfrequenzspannung des Hochfrequenzgenerators (9) symme­ trisch zum Endpotential an die Elektroden (8) legbar ist.

16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Gefäß (6) mit darunter angeordnetem Flash-Tank (23) über dem Konvektions- oder Kontakttrockner (3, 27) angeordnet ist.

17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Vorwärmer (27) für das zu trocknende Gut dem Gefäß (6) vor­ geschaltet und mit Brüden aus dem Gefäß (6) nachgeschalteten Trocknern (23, 28) als Wärmeübertragungsmedium gespeist ist.